橋梁病害專題知識專家講座

橋梁結構病害分析與改造加固設計哈爾濱工業(yè)大學張樹仁教授年1月0哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第1頁

我國橋梁改造加固任務繁重，據交通部統計至年底，全國公路網中還有危橋10443座，378439延米。要實現交通部規(guī)劃年底基本毀滅國、省干線公路危橋目標，所需資金約為90億元。中國橋梁改造加固市場巨大潛力，吸引了國內外眾多有遠見卓識工程技術人員和企業(yè)家把注意力轉移到這方面來，國外先進加固技術大量涌進中國加固市場，各種加固企業(yè)像雨后春筍對應而生，成功地創(chuàng)建了一批橋梁改造加固優(yōu)異范例，推進了我國橋梁改造工作發(fā)展。提升橋梁改造加固設計質量，是確保加固工程質量前提和基礎。橋梁改造加固設計是比新建橋梁設計復雜得多系統工程。我國當前情況是“有實力大設計院無暇顧及，不愿意干，技術力量較差小型設計單位又干不了”，橋梁改造加固設計基本上由科研單位、高等院校和。年1月1哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第2頁各類專業(yè)企業(yè)來負擔。各類專業(yè)企業(yè)技術水平差異較大，值得慶幸是，近幾年來我國確已出現一批技術能力較高專業(yè)化加固企業(yè)，完成一批橋梁加固工程優(yōu)異范例，他們代表了中國橋梁改造加固主導方向。不過，有些專業(yè)企業(yè)以銷售加固材料為主，業(yè)務單一，對橋梁加固設計不熟悉。橋梁改造加固設計審核制度不規(guī)范，沒有明確加固設計資質要求，橋梁加固設計市場管理混亂。整理和規(guī)范橋梁加固市場，提升橋梁改造加固設計質量是提升橋梁改造加固工程質量主要辦法之一。從技術角度分析，當前我國橋梁改造加固設計存在主要問題是：（1）基層養(yǎng)護管理和設計部門，橋梁病害診療技術力量微弱，橋梁檢測伎倆落后。橋梁病害診療是進行橋梁加固設計前提和基礎，只有診療清楚，才能對癥下藥。橋梁檢測是橋梁病害診療與分析主要伎倆，檢測應重在年1月2哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第3頁分析，并應與橋梁加固設計相結合。（2）考慮結構損傷影響承載力評定方法還不夠完善。（3）橋梁改造加固總體設計方案設計思緒不夠開闊，應用技術單一，設計深度不夠。（4）個別橋梁加固設計生搬硬套國外或國內其它行業(yè)設計方法，忽略了橋梁帶載加固分階段受力特點。有些加固設計只做宏觀定性分析，缺乏科學地定量分析計算，設計帶有很大隨意性。針對我國當前橋梁改造加固加固市場混亂局面，加強橋梁養(yǎng)護、管理及設計與施工技術隊伍建設是整理橋梁加固市場主要內容之一。尤其是在全國基層橋梁養(yǎng)護、管理及設計與施工人員中，普及橋梁病害診療與加固設計知識是十分必要。年1月3哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第4頁第一章橋梁病害診療第二章混凝土結構承載能力及耐久性評定第三章橋梁改造加固方案設計第四章橋梁加固微弱受彎構件設計計算講授提要年1月4哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第5頁第一章橋梁病害診療§1-1環(huán)境原因引發(fā)混凝土結構損傷或破壞§1-2混凝土結構裂縫分析基本內容年1月5哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第6頁混凝土結構病害表現形式各種多樣，引發(fā)病害原因錯綜復雜，從引發(fā)病害原因來分析，能夠將其劃分為兩大類：第一類為由環(huán)境作用引發(fā)混凝土結構損傷與破壞。因為混凝土缺點（比如裂隙、孔道、汽泡、孔穴等），環(huán)境中水及侵蝕性介質就可能滲透混凝土內部，與混凝土中一些成份發(fā)生化學、物理反應，引發(fā)混凝土損傷，影響結構受力性能和耐久性。第二類為由荷載作用或設計、施工不妥造成混凝土結構損傷。比如，因為超載作用引發(fā)裂縫，動力沖擊作用引發(fā)疲勞破壞。結構辦法和施工方法不妥引發(fā)結構裂縫等。第一章橋梁病害診療年1月6哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第7頁§1-1環(huán)境原因引發(fā)混凝土結構損傷或破壞1混凝土碳化混凝土碳化是指混凝土中氫氧化鈣與滲透進混凝土中二氧化碳或其它酸性氣體發(fā)生化學反應過程。普通情況下混凝土呈堿性，在鋼筋表面形成堿性薄膜，保護鋼筋免遭酸性介質侵蝕，起到了“鈍化”保護作用。碳化實質是混凝土中性化，使混凝土堿性降低，鈍化膜破壞，在水分和其它有害介質侵入情況下，鋼筋就會發(fā)生銹蝕。2氯離子侵蝕氯離子對混凝土侵蝕是氯離子從外界環(huán)境侵入已硬化混凝土造成。海水是氯離子主要起源，北方嚴寒地域冬季道路

、橋面撒鹽化雪除冰都有可能使氯離子滲透混凝土中。氯離子對混凝土侵蝕屬于化學侵蝕，對結構危害是多方面，但最終表現為鋼筋銹蝕。第一章橋梁病害診療年1月7哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第8頁§1-1環(huán)境原因引發(fā)混凝土結構損傷或破壞3堿—骨料反應堿—骨料反應普通指水泥中堿和骨料中活性硅發(fā)生反應，生成堿—硅酸鹽凝膠，并吸水產生膨脹壓力，造成混凝土開裂。堿—骨料反應引發(fā)混凝土結構破壞程度，比其它耐久性破壞發(fā)展更加快，后果更為嚴重。堿—骨料反應一旦發(fā)生，極難加以控制，普通不到兩年就會使結構出現顯著開裂，所以有時也稱堿骨料反應是混凝土結構“癌癥”。堿—骨料反應破壞最主要特征之一是混凝土表面開裂，裂縫形態(tài)與結構中鋼筋形成限制和約束狀態(tài)相關：鋼筋限制、約束力強混凝土形成順筋裂縫；鋼筋限制約束作用弱混凝土形成網狀或地圖狀裂縫，在裂縫處有白色凝膠物滲出。堿—骨料反應裂縫與其它原因裂縫主要區(qū)分是：第一章橋梁病害診療年1月8哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第9頁§1-1環(huán)境原因引發(fā)混凝土結構損傷或破壞①堿—骨料反應引發(fā)混凝土局部膨脹，裂縫兩個邊緣出現不平狀態(tài)（錯臺）；是堿骨料反應裂縫特有現象；②堿—骨料反應與環(huán)境濕度相關，在同一工程中潮濕部位出現裂縫，而干燥部位卻安然無恙，是堿—骨料反應裂縫區(qū)分與其它原因裂縫外觀特征差異之一。③從裂縫出現時間來判斷，堿—骨料反應裂縫出現時間較晚，多在施工后5~10年內出現，而混凝土收縮裂縫出現時間較早，普通在施工后若干天內出現。4凍融循環(huán)破壞滲透混凝土中水在低溫下結冰膨脹，從內部破壞混凝土微觀結構。經屢次凍融循環(huán)后，損傷積累將使混凝土剝落酥裂，強度降低。凍融循環(huán)破壞混凝土第一章橋梁病害診療年1月9哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第10頁§1-1環(huán)境原因引發(fā)混凝土結構損傷或破壞剝落，開始時在混凝土表面出現粒徑為2-3mm小片剝落，伴隨使用年限增加，剝落量及剝落塊直徑增大，剝落由表及里，發(fā)展速度很快。一經發(fā)覺凍融引發(fā)混凝土剝落，必需親密注意剝落發(fā)展情況，及時采取修補辦法。北方地域采取撒鹽除冰，因為鹽類與凍融循環(huán)共同作用引發(fā)鹽凍破壞是凍融循環(huán)破壞一個特殊形式。鹽凍破壞是靜水壓及鹽溶液滲透壓和結晶壓共同作用結果，所以，鹽凍破壞要比單純凍融破壞嚴酷得多。鹽凍破壞區(qū)分于其它破壞形式主要特征是：

①表面分層剝落，骨料暴露，但剝落層下面混凝土完好；②破壞速度快，對未采取防鹽凍辦法而使除冰鹽者，第一章橋梁病害診療年1月10哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第11頁§1-1環(huán)境原因引發(fā)混凝土結構損傷或破壞

少則一冬，多則幾冬，即可產生嚴重鹽凍破壞；③在沒有干擾剝蝕表面或裂縫中可見到白色鹽結晶體；5鋼筋銹蝕混凝土中鋼筋腐蝕首要條件是鈍化膜壞，混凝土碳化及氯離子侵蝕都會造成覆蓋鋼筋表面堿性鈍化膜破壞，加之有水分和氧侵入，就可能引發(fā)鋼筋腐蝕。鋼筋腐蝕伴有體積膨脹，使混凝土出現沿鋼筋縱向裂縫，造成鋼筋與混凝土之間粘結力破壞，鋼筋截面面積降低，使結構構件承載力降低，變形和裂縫增大等一系列不良后果，并伴隨時間推移，腐蝕會逐步惡化，最終可能造成結構完全破壞。第一章橋梁病害診療年1月11哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第12頁§1-1環(huán)境原因引發(fā)混凝土結構損傷或破壞值得注意是，上述全部侵蝕混凝土和鋼筋作用都需要有水作介質。另首先，幾乎全部侵蝕作用對混凝土結構破壞都與侵蝕作用引發(fā)混凝土膨脹，最終造成混凝土開裂相關。而且當混凝土結構開裂后，腐蝕速度將大大加緊。形成造成混凝土結構耐久性深入退化惡化循環(huán)。所以，對新建結構而言，提升混凝土結構耐久性基本路徑是增強混凝土密實度，預防和控制混凝土開裂，阻止水分侵入；加大混凝土保護層厚度，預防因為混凝土保護層碳化引發(fā)鋼筋鈍化膜破壞。對于在役結構而言，提升混凝土結構耐久性基本思緒是在去除病害根源基礎上，封堵裂縫，修補破損混凝土；增設防水層，預防水分侵入。第一章橋梁病害診療年1月12哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第13頁§1-2混凝土結構裂縫分析實踐表明，混凝土結構任何損傷與破壞，普通都是首先在混凝土中出現裂縫，裂縫是反應混凝土結構病害晴雨表。所以，對混凝土結構損傷檢測，首先應從對結構裂縫調查、檢測與分析入手?；炷两Y構裂縫是由材料內部初始缺點、微裂縫擴展而引發(fā)。引發(fā)裂縫原因很多，但可歸納為兩大類：第一類：由外荷載引發(fā)裂縫，稱為結構性裂縫（又稱為受力裂縫），其裂縫分布及寬度與外荷載相關。這種裂縫出現，預示結構承載力可能不足或存在其它嚴重問題。第一章橋梁病害診療年1月13哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第14頁§1-2混凝土結構裂縫分析第二類：由變形引發(fā)裂縫，稱為非結構性裂縫，如溫度改變、混凝土收縮等原因引發(fā)結構變形受到限制時，在結構內部就會產生拉應力，當此應力到達混凝土抗拉強度極限值時，即會引發(fā)混凝土裂縫，裂縫一旦出現，變形得到釋放，拉應力也就消失了。兩類裂縫有顯著區(qū)分，危害效果也不相同，有時兩類裂縫融在一起。調查資料表明，在兩類裂縫中以變形引發(fā)裂縫占主導約占80%；以荷載引發(fā)裂縫占主導約占20%。對裂縫原因分析是裂縫危害性評定，裂縫修補和加固依據，若對裂縫不經分析研究就盲目進行處理，不但達不到預期效果，還可能潛藏著突發(fā)性事故危險。第一章橋梁病害診療年1月14哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第15頁§1-2混凝土結構裂縫分析1．結構性裂縫（受力裂縫）眾所周知，混凝土抗拉強度很低，抗拉極限應變大約為第一章橋梁病害診療換句話說，混凝土即將開裂瞬間，鋼筋應力只有

實際上，在正常使用階段鋼筋應力遠大于此值，所以說在正常使用階段鋼筋混凝土結構出現裂縫是避不可免。因而，習慣上又將這種裂縫稱為正常裂縫。實踐證實，在正常條件下，裂縫寬度小于0.3mm時，鋼筋不致生銹。為確保安全，允許裂縫寬度還應年1月15哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第16頁小一些。新頒布<公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范>JTGD62-（以下簡稱<橋規(guī)JTGD62>）要求：鋼筋混凝土構件計算特征裂縫寬度不應超出以下要求限值：Ⅰ類及Ⅱ類環(huán)境0.2mmⅢ類及Ⅳ類環(huán)境0.15mm圖1-1所表示為鋼筋混凝土簡支梁經典結構性裂縫分布示意圖。第一章橋梁病害診療§1-2混凝土結構裂縫分析圖1-1鋼筋混凝土梁結構裂縫年1月16哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第17頁圖1-1中①所表示跨中截面附近下緣受拉區(qū)豎向裂縫，是最常見結構性裂縫。在正常設計和使用情況下，裂縫寬度不大，間距較密，分布均勻。若豎直裂縫寬度過大，預示結構正截面承載力不足；圖1-1中②所表示為支點（或腹板寬度改變處）附近截面由主拉應力引發(fā)斜裂縫。在正常設計和使用情況下極少出現斜裂縫，即使出現裂縫寬度也很小。若斜裂縫寬度過大，預示結構斜截面承載力不足，存在發(fā)生斜截面脆性破壞潛在危險，應引發(fā)足夠重視。另外，鋼筋混凝土墩柱受壓構件因為縱向壓力過大引發(fā)縱向裂縫、預應力筋錨固區(qū)因為局部應力過大引發(fā)劈裂裂縫等都屬于結構性裂縫。第一章橋梁病害診療§1-2混凝土結構裂縫分析年1月17哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第18頁有些結構性裂縫（受力裂縫）是由設計錯誤和施工方法不妥所造成。比如：鋼筋錨固長度不足、計算圖式與實際受力不符、次內力考慮不全方面和施工安裝構件支承吊點錯誤等都能夠使構件產生裂縫。在超靜結構中基礎不均勻沉降，將引發(fā)結構內力改變，可能造成結構出現裂縫?；A不均沉降引發(fā)上部結構裂縫，實質上是屬于結構性裂縫（受力裂縫）范圍，裂縫分布和寬度與結構形式、基礎不均沉降情況及大小等各種原因相關。這種裂縫對結構安全性影響很大，應在基礎不均勻沉降停頓或采取加固地基方法消除后，才能進行上部結構裂縫處理。第一章橋梁病害診療§1-2混凝土結構裂縫分析年1月18哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第19頁2．非結構性裂縫混凝土非結構性裂縫依據其形成時間可分為：混凝土硬化前裂縫、硬化過程裂縫和完全硬化后裂縫。非結構性裂縫產生受混凝土材料組成、澆筑方法，養(yǎng)護條件和使用環(huán)境等等各種原因影響。（1）收縮裂縫在混凝土凝固過程中，因為多出水分蒸發(fā)，引發(fā)混凝土體積縮小稱為干縮。同時，水泥與水起水化作用逐步硬化而形成水泥骨架不停緊密，引發(fā)混凝土體積縮小稱為凝縮。收縮中以干縮為主，占總收縮量8/10~9/10。收縮量隨時間增加而不停加大，早期收縮較快，爾后日趨遲緩。普通混凝土在標準狀態(tài)下極限收縮變形約為(3~4)×10－4。第一章橋梁病害診療§1-2混凝土結構裂縫分析年1月19哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第20頁當混凝土成形后，表面水份蒸發(fā)，這種水份蒸發(fā)總是由表及里逐步發(fā)展，截面內外溫度不等，內外收縮量不一樣?；炷帘砻媸湛s變形受到混凝土內部約束或其它約束限制時，即在混凝土中產生拉應力，引發(fā)混凝土開裂。尤其是混凝土早期養(yǎng)護不妥，混凝土表面直接收到風吹日曬影響，表面水份蒸發(fā)過快，產生較大拉應力，混凝土早期強底低，很輕易出現收縮裂縫。收縮裂縫發(fā)生在混凝土面層，裂縫淺而細，寬度多在0.05~0.2mm之間。對板類構件多沿短邊方向，均勻分布于相鄰兩根鋼筋之間，方向與鋼筋平行。對高度較大鋼筋混凝土梁，因為腰部水平鋼筋間距過大，在腰部（或腹板）產生豎向收縮裂縫，但多集中在構件中部，第一章橋梁病害診療§1-2混凝土結構裂縫分析年1月20哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第21頁中間寬兩頭細，至梁上、下緣附近逐步消失，梁底普通沒有裂縫。大致積混凝土在平面部位收縮裂縫較多，側面也有所見。收縮裂縫對構件承載力影響不大，主要影響影響結構外觀和耐久性。（2）溫度裂縫鋼筋混凝土結構伴隨溫度改變將產生熱脹冷縮變形，這種溫度變形受到約束時，在混凝土內部就會產生拉應力，當此應力到達混凝土抗拉強度極限值時，即會引發(fā)混凝土裂縫，這種裂縫稱為溫度裂縫。按結構溫度場不一樣、溫度變形、溫度應力不一樣，溫度裂縫可分為三種類型：①截面均勻溫差裂縫第一章橋梁病害診療§1-2混凝土結構裂縫分析年1月21哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第22頁普通橋梁結構為桿件體系長細結構，當溫度改變時，構件截面受到均勻溫差作用，可忽略橫截面兩個方向變形，只考慮沿梁長度方向溫度變形，當這種變形受到約束時，在混凝土內部就會產生拉應力，出現裂縫。比如：連續(xù)梁預留伸縮縫伸縮量過小，或有施工時散落混凝土碎塊等雜物嵌入伸縮縫，或堆集于支座處沒有及時清理，使伸縮縫和支座失靈等，當溫度急劇改變時，結構伸長受到約束，上部橋跨結構就會出現這種截面均勻溫差裂縫，嚴重者還可能造成墩臺破壞。②截面上、下溫差裂縫以橋梁結構中大量采取箱形梁為例，當外界溫度驟然第一章橋梁病害診療§1-2混凝土結構裂縫分析年1月22哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第23頁改變時，會造成箱內外溫度差，考慮到橋梁為長細結構，能夠認為在沿梁長方向箱內外溫差是一致，沿水平橫向沒有溫差。將三維熱傳導問題簡化為沿梁豎向溫度梯度來確定，普通假設梁截面高度方向、溫差呈線性改變。在這種溫差作用下，梁不但有軸向變形，還伴隨產生彎曲變形。梁彎曲變形在超靜定結構中不但引發(fā)結構位移，而且因多出約束存在，還要產生結構內部溫度應力。當上、下溫差變形產生應力到達混凝土抗拉強度極限值時，混凝土就要出現裂縫，這種裂縫稱為截面上、下溫差裂縫。第一章橋梁病害診療§1-2混凝土結構裂縫分析年1月23哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第24頁③截面內外溫差裂縫水泥在水化過程產生一定水化熱，其大部分熱量是在混凝土澆筑后3天以內放出。大致積混凝土產生大量水化熱不輕易散發(fā)，內部溫度不停上升，而混凝土表層散熱較快，使截面內部產生非線性溫度差。另外，預制構件采取蒸氣養(yǎng)護時，因為混凝土升溫或降溫過快，致使混凝土表面猛烈升溫或降溫，也會使截面內部產生非線性溫度差。在這種截面內外溫差作用下，結構將產生彎曲變形，截面縱向纖維因溫差伸長將受到約束，產生溫度自應力。對超靜定結構還會產生阻止撓曲變形約束應力。有時此溫度應力是相當大，尤其是混凝土早期強度比較較低，很輕易造成混凝土裂縫。第一章橋梁病害診療§1-2混凝土結構裂縫分析年1月24哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第25頁混凝土溫度裂縫有以下特點：①裂縫發(fā)生在板上時，多為貫通裂縫；發(fā)生在梁上多為表面裂縫。②梁板式結構或長度較大結構，裂縫多是平行于短邊。③大面積結構（比如橋面鋪裝）裂縫多是縱橫交織。④裂縫寬度大小不一，且沿結構全長沒有多大改變。預防溫度裂縫主要辦法是合理設置溫度伸縮縫，在混凝土組成材料中摻入適量磨細粉煤灰，降低水化熱，加強混凝土養(yǎng)護，嚴格控制升溫和降溫速度。第一章橋梁病害診療§1-2混凝土結構裂縫分析年1月25哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第26頁第二章混凝土結構承載能力及耐久性評定§2-1在役混凝土結構承載能力與耐久性評定基本概念§2-2考慮鋼筋腐蝕影響承載能力評定方法基本內容年1月26哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第27頁§2-1在役混凝土結構承載能力與耐久性評定基本概念混凝土結構受到損傷后，需要對結構損傷原因和程度進行分析，對損傷對結構承載能力及耐久性影響進行評定，其主要內容是：①考慮結構損傷影響承載能力評定②在役結構剩下使用壽命評定在評定分析基礎上，依據經濟技術條件，制訂科學維修加固方案，提出結構處理辦法。評定現有結構安全可靠性關鍵問題是確定考慮結構病害損傷后結構承載能力。橋梁結構承載能力評定通常采取以下三個路徑：①依據相關規(guī)范要求對照橋梁存在缺點及病害進行綜合評定比如我國<公路養(yǎng)護技術規(guī)范>中對橋梁技術狀態(tài)標準和裂縫寬度，都做了要求。依此標準將橋梁技術情況劃分為四類。公路養(yǎng)護第二章混凝土結構承載能力及耐久性評定年1月27哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第28頁§2-1在役混凝土結構承載能力與耐久性評定基本概念管理部門推廣使用<橋梁技術情況評定教授系統>也屬于綜合評定方法，這種評定方法只能給出宏觀分析結果。②現場荷載試驗評定方法經過現場荷載試驗（靜載試驗和動載試驗）可直接檢測結構實際承載力。荷載試驗與理論計算分析相結合是比較符合實際承載力評定方法，但試驗設備復雜，技術難度高，經費支出大，當前尚難以大規(guī)模推廣應用。③理論計算分析評定方法在現場調查和病害檢測分析基礎上，考慮結構病害、損傷影響，按現行規(guī)范計算結構承載力是國內采取承載力評定主要方法。第二章混凝土結構承載能力及耐久性評定年1月28哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第29頁§2-1在役混凝土結構承載能力與耐久性評定基本概念結構剩下使用壽命預測是耐久性評定關鍵內容。結構剩下壽命系指在不加維修或正常維修及正常使用條件下，結構可能繼續(xù)使用年限。鋼筋銹蝕是影響混凝土結構耐久性和使用壽命主要原因，所以，普通將鋼筋銹蝕作為判斷混凝土結構使用壽命終止標準?；炷两Y構剩下壽命評定是個當前還未很好處理科研課題，它包括到鋼筋銹蝕破壞機理和鋼筋銹蝕脹力模型研究和耐久性終止標準確實定。當前，對在役結構耐久性評定和剩下壽命預測，大多還是依賴有經驗工程技術人員作出經驗性評價和處理意見。第二章混凝土結構承載能力及耐久性評定年1月29哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第30頁§2-2考慮鋼筋腐蝕影響承載能力評定方法1、鋼筋銹蝕對結構承載力影響混凝土中鋼筋腐蝕是造成混凝土結構損傷，影響結構承載能力最主要原因，其主要表現是：①鋼筋腐蝕后，使鋼筋有效截面面積降低；②鋼筋腐蝕后，力學性能劣化，強度降低；③鋼筋腐蝕后，混凝土保護層開裂甚至脫落，使混凝土有效斷面降低；④鋼筋腐蝕后，鋼筋與混凝土之間粘結性能退化，影響鋼筋與混凝土共同工作。（1）腐蝕鋼筋屈服強度和極限強度鋼筋腐蝕對其力學性能影響取決于腐蝕程度。試驗研究表明，腐蝕鋼筋屈服強度與對應截面損失率之間關系，基本上服從線性關系。第二章混凝土結構承載能力及耐久性評定年1月30哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第31頁§2-2考慮鋼筋腐蝕影響承載能力評定方法牛荻濤[]在綜合分析試驗資料基礎上，給出了腐蝕鋼筋實際屈服強度和極限強度計算表示式為第二章混凝土結構承載能力及耐久性評定（2-1）

（2-2）

年1月31哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第32頁§2-2考慮鋼筋腐蝕影響承載能力評定方法（2）腐蝕鋼筋與混凝土之間粘結性能退化對承載力影響。混凝土中鋼筋腐蝕后，在鋼筋與混凝土接口上生成疏松銹層，破壞鋼筋表面與混凝土之間化學膠結力，并降低了鋼筋與混凝土之間摩擦力；對變形鋼筋橫肋銹蝕將降低鋼筋和混凝土之間機械咬協力，保護層混凝土銹脹開裂甚至脫落，則降低外圍混凝土對鋼筋約束，全部這些原因都將造成鋼筋與混凝土之間粘結性能退化。鋼筋腐蝕引發(fā)鋼筋與混凝土之間粘結性能退化，將造成鋼筋與混凝土不能很好協同工作。鋼筋發(fā)生嚴重腐蝕時，鋼筋與混凝土之間粘結力顯著降低，鋼筋與混凝土之間共同工作能力減弱，梁受力第二章混凝土結構承載能力及耐久性評定年1月32哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第33頁§2-2考慮鋼筋腐蝕影響承載能力評定方法

特征靠近于無粘結預應力拉桿或配有普通鋼筋無粘結預應力梁。因為當前人們對鋼筋腐蝕引發(fā)粘結力退化規(guī)律及其對受拉鋼筋強度發(fā)揮影響程度還不十分清楚，所以，現今只能用一個協同工作降低系數來考慮粘結退化影響。協同工作降低系數與鋼筋銹蝕量或銹脹裂縫寬度相關。冶金建筑科學研究院試驗研究表明，鋼筋截面損失率大于10%時，鋼筋與混凝土之間粘著力顯著降低，應考慮鋼筋與混凝土協同工作降低系數影響，提議將其承載力乘以0.8~0.9系數。2、考慮鋼筋腐蝕影響承載能力計算（1）正截面抗彎承載力按<橋規(guī)JTGD62>要求，構件承載能力極限狀態(tài)基本方程式為：第二章混凝土結構承載能力及耐久性評定年1月33哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第34頁§2-2考慮鋼筋腐蝕影響承載能力評定方法第二章混凝土結構承載能力及耐久性評定（2-3）

年1月34哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第35頁§2-2考慮鋼筋腐蝕影響承載能力評定方法對使用多年在役結構進行承載能力評定時，應考慮鋼筋腐蝕影響。其承載力計算基本方程與普通鋼筋混凝土構件基本相同，只是在計算鋼筋應力項時，應采取腐蝕鋼筋實際屈服強度和腐蝕后有效截面積，并計入協同工作降低系數，考慮鋼筋與混凝土之間粘結性能退化影響。

考慮鋼筋銹蝕影響受彎構件正截面承載力計算基本方程可由內力平衡條件求得第二章混凝土結構承載能力及耐久性評定年1月35哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第36頁§2-2考慮鋼筋腐蝕影響承載能力評定方法第二章混凝土結構承載能力及耐久性評定圖2-1考慮鋼筋腐蝕影響受彎構件正截面承載力計算簡圖年1月36哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第37頁§2-2考慮鋼筋腐蝕影響承載能力評定方法第二章混凝土結構承載能力及耐久性評定（2-4）

（2-5）

公式適用條件是

（2-6）

年1月37哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第38頁§2-2考慮鋼筋腐蝕影響承載能力評定方法第二章混凝土結構承載能力及耐久性評定（2-7）年1月38哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第39頁§2-2考慮鋼筋腐蝕影響承載能力評定方法應該指出，公式（2-4）和（2-5）是針對受拉鋼筋腐蝕單筋T形截面導出，因為計算中不考慮受拉區(qū)混凝土抗拉作用，所以，在公式中未計入鋼筋腐蝕引發(fā)混凝土截面損傷。假如受壓區(qū)混凝土截面損失較大時，則應考慮其對承載力影響。2、斜截面抗剪承載力對在役結構斜截面抗剪承載力計算，應考慮斜裂縫對混凝土抗剪承載力影響，及鋼筋銹蝕對箍筋和彎起鋼筋抗剪承載力影響。斜截面抗剪承載力計算表示式可改寫為以下形式。第二章混凝土結構承載能力及耐久性評定年1月39哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第40頁§2-2考慮鋼筋腐蝕影響承載能力評定方法第二章混凝土結構承載能力及耐久性評定（2-10）（2-9）（2-8）年1月40哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第41頁§2-2考慮鋼筋腐蝕影響承載能力評定方法第二章混凝土結構承載能力及耐久性評定年1月41哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第42頁第三章橋梁改造加固方案設計

§3-1橋梁改造加固方案設計標準§3-2型橋梁加固方案評述基本內容年1月42哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第43頁基本內容在對橋梁結構病害檢測分析和判定評定基礎上，依據技術經濟條件和使用要求，有針對性地制訂加固方案。年1月43哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第44頁§3-1橋梁改造加固方案設計標準1．分清加固性質依據橋梁病害檢測分析和判定評定結果，橋梁結構加固設計應分為：承載力加固（強度加固）、使用功效加固（剛度加固）和耐久性加固等三種情況。承載力加固是確保結構安全工作基礎，是橋梁改造加固設計關鍵內容，其內容包含正截面抗彎承載力加固和斜截面抗剪承載力兩部分。承載力加固應考慮分階段受力特點，注意新加補強材料與原結構整體工作。使用功效加固是確保橋梁正常工作需要，主要是對活載變形或振動過大構件，加大截面尺寸，增加截面剛度，以滿足結構使用功效要求。第三章橋梁改造加固方案設計年1月44哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第45頁§3-1橋梁改造加固方案設計標準耐久性加固是指對結構損傷部位進行修復和補強，以阻止結構損傷部分性能繼續(xù)惡化，消除損傷隱患，提升結構可靠性，提升結構使用功效，延長結構使用壽命。2．橋梁加固與加寬設計相結合在公路改造設計中，很多情況下橋梁加固和加寬是同時進行。在加寬寬度不大情況下，盡可能將加寬部分與原橋連為一體，使新舊橋共同工作，利用新加寬部分，調整原橋內力，減輕原梁負擔，間接到達加固補強目標。第三章橋梁改造加固方案設計年1月45哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第46頁§3-1橋梁改造加固方案設計標準3．注意各種加固補強方法綜合應用

橋梁加固補強方法很多，不過基本上能夠劃分為兩大類：第一類為改變結構體系，調整結構內力、減輕原梁負擔。比如：加斜撐降低梁跨度、簡支梁改為連續(xù)結構、增加縱梁數目、調換梁位、加大新建邊梁截面尺寸，調整橫向分布系數，減輕原梁負擔等。第二類為加大截面尺寸和配筋，加固微弱構件。對微弱構件進行加固補強方法很多，從作用原理可分為兩大類：第三章橋梁改造加固方案設計年1月46哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第47頁§3-1橋梁改造加固方案設計標準①在受拉區(qū)直接增設抗拉補強材料，比如：補焊鋼筋，粘貼鋼板，粘貼高強復合纖維（碳纖維、芳綸纖維）等。這種加固方法，設計時，必須考慮橋梁帶載加固分階段受力特點。后加補強材料強度發(fā)揮程度受原梁變形限制，普通情況下是達不到其抗拉強度設計值。尤其是采取直接粘貼高強復合纖維加固時，在極限狀態(tài)下，復合纖維高強抗拉性能根本無法充分發(fā)揮作用，“大馬拉小車”是一個極大浪費。若不考慮分階段受力特點，過高預計了后加補強材料作用，設計是不安全。②采取預加力原理進行加固補強，比如：體外預應力加固，韓國M.S企業(yè)SRAP加固工藝等。因為預加力作用，改進了原梁應力狀態(tài)，提升了原梁承載能力和抗裂性能。采取預加力加固，能夠充分發(fā)揮加固補強材料力學性能，提升了材料利用效率。第三章橋梁改造加固方案設計年1月47哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第48頁§3-1橋梁改造加固方案設計標準應該指出，在進行橋梁加固方案設計時，應尤其注意是：在保持原梁截面尺寸不變前提下，采取上述對受拉區(qū)進行補強方法，加固后截面所能負擔最大承載力是有限。承載力提升幅度取決于原梁配筋率，與所采取加固方法無關。在一些情況下，因為原梁高度較小，相對配筋率較大，單純采取受拉區(qū)加固補強，仍不能滿足設計荷載要求時（比如：設計荷載由汽—15，提升到公路Ⅰ級），可采取加厚橋面方法同時對梁受壓區(qū)加固，增加梁有效高度，亦可到達提升原梁承載力目標。通常作法是結合橋面鋪裝層維修，采取有效結構辦法，第三章橋梁改造加固方案設計年1月48哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第49頁§3-1橋梁改造加固方案設計標準加強橋面鋪裝層與原梁翼板整體連接，設計中可考慮部分橋面鋪裝層混凝土參加主梁共同工作。另外，橋梁加固設計應注意各種加固方法綜合利用，經過調整結構內力，盡可能地減輕原梁負擔，將加固補強工作量壓縮到最少。第三章橋梁改造加固方案設計年1月49哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第50頁§3-2典型橋梁加固方案評述1．鞍千9號橋加固設計設計單位：原哈爾濱建筑工程學院實施時間：1987年（1）原橋基本情況和加固設計要求鞍千9號橋位于遼寧省鞍山至千山公路上見圖3－1，原橋為跨徑L=12m單跨二梁式鋼筋混凝土簡支梁橋，設計荷載為汽—15，掛—80，橋面凈空為凈—7，下部結構為座落于巖盤上沉井基礎，重力式混凝土橋臺。鞍千公路擴建為二級路，路基寬度為12m，行車道寬度為9m，在橋位處道路雙側加寬，橋面凈空為凈－9+2×1.5m，橋梁設計荷載提升為汽—20，掛—100。第三章橋梁改造加固方案設計年1月50哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第51頁§3-2型橋梁加固方案評述（2）橋梁現場調查和承載力檢算現場檢測發(fā)覺，原梁混凝土質量良好，未有發(fā)覺可見裂縫，實測混凝土強度在26Mpa以上。經檢算原梁能夠滿足原設計荷載汽—15，掛—80要求。但距汽—20，掛—100要求，正截面承載力相差約15%。查閱原設計圖紙和現場實際查對，原橋為座落于巖盤上小沉井基礎，橋臺混凝土質量良好，經檢算認為原橋基礎含有較大超載潛力。第三章橋梁改造加固方案設計年1月51哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第52頁§3-2型橋梁加固方案評述（3）加固設計關鍵點

①利用原橋基礎承載潛力，采取插入錨固鋼筋，加大橋臺蓋梁懸臂長度。②新加寬部分與原梁整體工作，適當加大新增主梁截面尺寸，增加邊梁剛度，調整荷載橫向分布系數，減輕原梁負擔。為了加強新加寬部分與原梁整體工作，將原梁懸臂混凝土鑿掉50cm，露出懸臂鋼筋與新加寬部分橋面板鋼筋焊接；在支點和跨中增設連接橫梁。③去除原橋面鋪裝層，全橋統一加鋪10cm厚橋面鋪裝混凝土，為了加強新舊混凝土之間連接，將原橋面頂面鑿成齒槽，確保新舊混凝土共同工作。計入6cm橋面鋪裝層參加主梁工作，即梁有效高度增加6cm。第三章橋梁改造加固方案設計年1月52哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第53頁§3-2型橋梁加固方案評述（4）方案評述①該方案充分利用了原橋沉井基礎承載潛力，采取插入錨固鋼筋，接長墩臺蓋梁懸臂，節(jié)約了大量下部結構工量費用。②采取加大新建邊梁剛度，調整荷載橫向分布系數，減輕原梁負擔和橋面鋪裝層參加主梁工作，增加梁有效高度等綜合辦法，使原梁在不增加配筋情況下，滿足汽—20，掛—100承載要求。（5）改進提議①蓋梁懸臂接長，若采取體外預應力筋或預應力錨筋技求施工更為方面，結構更為可靠。②為確保橋面鋪裝混凝土與橋面板共同工作，加強二者之間連接，應設置錨固短鋼筋，橋面鋪裝層應設置鋼筋網或摻入高強復合纖維，增強混凝土抗裂能力。第三章橋梁改造加固方案設計年1月53哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第54頁§3-2型橋梁加固方案評述2．洪河1號橋設計單位：原哈爾濱建筑工程學院實施時間：1988年（1）原橋基本情況和加固設計要求

洪河1號橋位于黑龍江省二龍山至撫遠公路，原橋為跨徑8m單跨裝配式鋼筋混凝土簡支板梁橋，全橋由7塊寬度為100cm板組成。設計荷載為汽—15，掛—80，橋面凈空為凈—7，下部結構為混凝土輕型橋臺，擴大基礎。二撫公路擴建為二級公路，路基寬度為12m，行車道寬度為9m，在橋位處道路雙側加寬，橋面凈空為凈9+2×1.5m，橋梁設計荷載提升為汽—20，掛—100。第三章橋梁改造加固方案設計年1月54哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第55頁§3-2型橋梁加固方案評述（2）橋梁現場調查和承載力檢算現場檢測發(fā)覺原梁混凝土質量良好，經回彈測定混凝土強度在28Mpa以上。經檢算原橋能夠滿足汽—15、掛—80承載要求，但距汽—20，掛—100要求正截面承載力相差18%?，F場調查發(fā)覺，原橋橋臺前墻混凝土質量良好，未發(fā)覺基礎不均勻沉降現象。第三章橋梁改造加固方案設計年1月55哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第56頁§3-2型橋梁加固方案評述（3）加固設計關鍵點①按加寬橋面凈空要求，加寬部分采取2×2塊寬度為125cm鋼筋混凝土矩形板。按新加寬部分與原橋共同工作計算，靠邊第2、3塊板受力最大，邊板位于人行道下面，受力較小。為此，將原橋邊板（1號和7號）塊分別移至新加寬部分最外側位置，中間空出250cm空隙，布置新制作2塊125cm鋼筋混凝土矩形板（A、B或C、D），新板鋼筋按受力需要配置。②將原橋面鋪裝混凝土鑿除，全橋統一加鋪10cmC30陶礫混凝土。為了加強新舊混凝土之間聯絡，在原橋面應鑿成齒槽。③原橋橋臺及基礎雙側加寬，新加基礎部分基底設50cm水撼砂墊層。為了加強橋臺臺身新舊混凝土之間連接，在原橋臺臺身插入錨固鋼筋。第三章橋梁改造加固方案設計年1月56哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第57頁§3-2型橋梁加固方案評述（4）方案評述①采取調換梁位方法，合理利用原板承載潛力，最大程度地發(fā)揮新板作用。②改用輕質陶礫混凝土橋面鋪裝，減輕橋梁恒載內力。采取上述綜合辦法，在保持原梁配筋不增加前提下，到達了汽—20，掛—100承載要求。③陶礫混凝土橋面鋪裝中應設置鋼筋網或摻入適量高強復合短纖維，提升橋面鋪裝抗裂能力。第三章橋梁改造加固方案設計年1月57哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第58頁§3-2型橋梁加固方案評述3．坂頭大橋設計單位：交通部第一公路工程總企業(yè)設計所[4]

廈門市公路局[5]實施時間：第一次加固1955年 第二次加固1999年（1）原橋基本情況及承載力評定板頭大橋位于國道324線廈門段，原橋建于1953年，其結構為四跨鋼筋混凝土變高度連續(xù)T梁，外加一跨鋼筋混凝土簡支梁，其跨度劃分及橋梁橫斷面如圖3-3所表示。第三章橋梁改造加固方案設計年1月58哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第59頁§3-2型橋梁加固方案評述原橋設計荷載為汽—13級。國道324線廈門段改擴建工程要求將橋梁設計荷載提升為汽—超20級。為了探討原橋加固利用可行性，1995年對原橋進行詳細外觀檢驗和荷載試驗。試驗結果表明：①橋梁主體結構未發(fā)覺顯著破損和裂縫，混凝土質量很好，強度等級均在C25以上；②連續(xù)梁各支點截面抗彎承載較高能夠滿足汽—超20承載要求。連續(xù)梁各跨中截面抗彎承載力較低，不能滿足汽—超20要求，必需進行加固補強。③各跨中截面實測撓度值，均小規(guī)范要求允許值。第三章橋梁改造加固方案設計年1月59哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第60頁§3-2型橋梁加固方案評述（2）加固設計關鍵點針對原橋為變高度連續(xù)梁特點和只需對跨中正截面抗彎承載力進行加固補強要求，采取沿橋梁全長布置直線型體外預應力束加固。在每個梁肋兩側跨中截面下緣處對稱布置515.2鋼絞線，鋼絞線束在梁端張拉，采取OVM錨錨固，鋼絞線束采取鋼套管保護。（見圖3-4）該橋第一次加固于1995年完成，據文件[5]介紹，橋梁加固后使用情況良好，但1999年4月檢驗發(fā)覺有一根鋼絞線束下垂，深入調查發(fā)覺有一根鋼絞線在橋頭端斷裂，有二根鋼絞線在游動錨板處斷裂。第三章橋梁改造加固方案設計年1月60哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第61頁§3-2型橋梁加固方案評述應該指出文件[5]介紹橋梁加固施工情況與文件[4]介紹加固設計方案（圖3-4）略有不一樣。實際實施時，體外預應力筋束張拉改為采取自行設計游動錨板在中間張拉方案，鋼絞線束在橋梁端部用墩頭錨固。文件[5]認為施工中采取錨具選型不妥，游動錨板固定差，鋼絞線防護鋼套筒空隙過大是造成鋼絞線束下垂和斷裂原因。在第二次加固時，做了以下改進：①取消中間游動錨板，仍采取通常布置直線鋼絞線束，鋼鉸線束在一端橋臺張拉，另一端為固定端，采取OVM錨具。第三章橋梁改造加固方案設計年1月61哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第62頁§3-2型橋梁加固方案評述②取消鋼鉸線束外面防護鋼套管，改為聚乙烯塑料包裹，并做好固定辦法。1999年按上述改進方案對全部8根體外預應力筋束進行了更換。到當前使用情況良好。（3）方案評述①該加固設計巧妙地利用了原橋為變高度連續(xù)梁縱向布置特點和只需對跨中截面抗彎承載力加固設計要求，采取靠近跨中截面下邊緣通常布置直線型體外預應力筋加固補強原設計方案基本上是合理。第三章橋梁改造加固方案設計年1月62哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第63頁§3-2型橋梁加固方案評述②施工中采取游動錨中間張拉方案，結構不夠合理。，中間游動錨板雙向錨具變形損失過大是造成鋼絞線束下垂，有效預應力值降低直接原因。為了防止在橋臺端進行張拉施工不便，可在連續(xù)梁支點截面下方設置錨固裝置，預應力鋼筋分段設置，分段張拉。③體外預應力筋錨固可靠性是確保全橋安全工作基礎。應用采取含有防松動裝置專用OVM錨具，錨孔端部應擴孔為喇叭型，以預防鋼筋振動時，卡緊斷絲。④為了降低體外預應力筋束振動影響，對于較長體外預應力筋束，每隔6~10m，應設置一個固定裝置。⑤體外預應力筋應采取專門生產含有防腐蝕保護鋼絞線，我國普通采取PE管外套，內裝黃油保護層。第三章橋梁改造加固方案設計年1月63哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第64頁§3-2型橋梁加固方案評述4．安徽五河淮河大橋加固加寬設計[10]（1）加固加寬設計與施工關鍵點五河淮河公路大橋于1978年建成，60m+4×90m+60m帶掛孔T形剛構。懸臂長度30m，橫斷面為變高度單箱雙室箱梁，掛孔30m簡支T梁5片，高1.9m，間距2.0m，頂寬同箱梁，見圖3-5。設計荷載汽車—15級，掛—80，人群荷載2.5kN/m2，設計行車速度60km/h。該橋使用狀態(tài)良好，只是T構懸臂撓度略大。營運23年之后，年計劃利用舊橋，加寬到4車道橋面總寬17.8m，荷載標準提升到汽車—超20級，掛車—120，人群荷載3.5kN/m2，設計車速100km/h。幾經研究，擬采取在箱梁兩側將懸臂板加厚并加寬到4.72m，T構墩頂設一矮塔，兩邊張拉斜拉索加固方法，如圖3-6所表示。第三章橋梁改造加固方案設計年1月64哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第65頁§3-2型橋梁加固方案評述

①方案1：索塔兩邊各拉兩根繞過矮塔斜拉索，每根拉索由22束415.2mm外包PE防護層鋼絞線組成，OVM5-4夾片錨。②方案2：采取一根繞過矮塔斜拉索，由2束OVM200-15-37型拉索組成，LSM15-37素錨具。

該橋采取部分卸載加固，主要施工步驟以下：①拆除原橋人行道、欄桿及橋面鋪裝混凝土；②拆除原橋掛孔T梁橫向聯絡，卸下T梁；③鑿除原橋T構箱梁部分斷面，在箱內增設用于錨固斜拉索鋼筋混凝土錨固橫梁，加大箱梁翼緣板懸臂長度，加大T構懸臂端支承橫梁（牛腿）長度。澆筑T構墩頂主塔；④安裝和張拉懸臂端斜拉索；第三章橋梁改造加固方案設計年1月65哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第66頁§3-2型橋梁加固方案評述⑤安裝掛孔T梁；⑥澆筑橋面鋪裝混凝土，設置防水層和瀝青混凝土面層，安裝人行道及欄護。計算結果表明，因為斜拉索作用，改變了原梁T構受力狀態(tài)，減輕了原梁T構負擔，在不增加原梁T構斷面尺寸和配筋情況下能夠滿足汽—超20，掛—120受力要求。加固后T構懸臂活載撓度值顯著降低。第三章橋梁改造加固方案設計年1月66哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第67頁§3-2型橋梁加固方案評述（2）方案評述①將斜拉索結構用于橋梁改造加固，結構構思新奇，加固效果顯著。因為斜拉索作用，改變了結構體系和截面應力分布狀態(tài)，減輕了原結構負擔，在保持原結構斷面尺寸和配筋基本不變前提下，能夠大幅度地提升設計荷載標準。②該橋采取部分卸載加固方案，提升了加固材料——斜拉索利用效率。二期恒載（掛孔T梁及橋面鋪裝、人行道攔桿梁）和活載由加固后索—梁組合體系負擔，充分發(fā)揮了斜拉索作用。假如將原橋掛孔30m預應力混凝土T梁改為鋼或鋼—混凝土組合梁結構，將橋面鋪裝層改為輕質陶礫混凝土能夠大幅度降低二期恒載，將原橋T構加固工作量壓縮到最小。③重視T構箱梁內部新加結構結構細節(jié)設計，采取植筋技術，確保新加鋼筋牢靠錨固。是新舊結構整體工作基礎。箱梁翼板加長部分，應配置橫向預應力鋼筋。

第三章橋梁改造加固方案設計年1月67哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第68頁第四章橋梁加固微弱受彎構件設計計算

§4-1橋梁加固微弱構件分階段受力特點

§4-2橋梁加固微弱受彎構件正截面抗彎承載力計算

§4-3橋梁加固微弱構件斜截面抗剪承載力計算§4-4體外預應力加固鋼筋混凝土受彎構件實用設計方法基本內容年1月68哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第69頁§4-1橋梁加固微弱構件分階段受力特點橋梁結構自重較大，普通均采取帶載加固。構件自重及恒載由原梁承受，活載由加固后截面承受。橋梁加固微弱受彎構件承載力計算，應考慮分階段受力特點，按兩階段受力構件計算。橋梁加固微弱受彎構件正截面補強加固方法很多，從加固部位上可劃分為加筋類和加砼類兩種：①加筋類：采取加焊鋼筋、粘貼鋼板或其它纖維復合材料，對構件受拉區(qū)進行補強，或采取體外預應力對構件受拉區(qū)進行間接補強。第四章橋梁加固微弱受彎構件設計計算年1月69哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第70頁§4-1橋梁加固微弱構件分階段受力特點

直接加筋類加固構件受力特點是，后加鋼筋（或其它纖維復合材料）只承受活載引發(fā)拉應力，在普通情況下，后加補強材料強度不能充分發(fā)揮作用，加固構件破壞由原梁受拉鋼筋控制，設計時應考慮分階段受力特點。體外預應力加固構件應按混凝土梁與體外預應力筋組成組合體系計算，并應考慮分階段受力特點。②加砼類：采取加厚橋面板方法，對混凝土受壓區(qū)進行補強，增加梁有效高度，亦可到達提升構件承載力目標。對受壓區(qū)加砼類構件來說，因為考慮混凝土塑性發(fā)展，分階段受力影響不大，其承載力可按普通鋼筋混凝土構件計算。橋梁加固微弱受彎構件斜截面普通采取粘貼鋼板（或其它纖維復合材料）增加斜筋或箍筋截面面積進行補強。后加鋼板（或其它纖維復合材料）只承受活載引發(fā)剪力，設計時亦應考慮分階段受力特點。第四章橋梁加固微弱受彎構件設計計算年1月70哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第71頁§4-2橋梁加固微弱受彎構件正截面抗彎承載力計算在試驗研究基礎上，引入以下基本假設作為直接加筋類橋梁加固微弱受彎構件正截面抗彎承載力計算依據：①橋梁帶載加固應考慮分階段受力特點。一期荷載效應（自重及恒載效應）由原梁負擔，構件處于彈性工作階段，截面應力（或應變）按材料力學公式計算；二期荷載效應（活載效應）由加固后截面負擔；②不一樣受力階段截面變形均符合平截面假設；第四章橋梁加固微弱受彎構件設計計算年1月71哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第72頁§4-2橋梁加固微弱受彎構件正截面抗彎承載力計算第四章橋梁加固微弱受彎構件設計計算圖4-1加筋類橋梁加固微弱受彎構件正截面抗彎承載力計算圖式年1月72哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第73頁§4-2橋梁加固微弱受彎構件正截面抗彎承載力計算第四章橋梁加固微弱受彎構件設計計算加固微弱構件正截面抗彎承載力計算公式，由內平衡條件求得（圖3-1）：（4-1）

（4-2）

公式適用條件：（4-3）

年1月73哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第74頁§4-2橋梁加固微弱受彎構件正截面抗彎承載力計算第四章橋梁加固微弱受彎構件設計計算年1月74哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第75頁§4-2橋梁加固微弱受彎構件正截面抗彎承載力計算第四章橋梁加固微弱受彎構件設計計算（4-4）

（4-5）

（4-6）

（4-7）

（4-8）

（4-9）

年1月75哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第76頁§4-2橋梁加固微弱受彎構件正截面抗彎承載力計算第四章橋梁加固微弱受彎構件設計計算年1月76哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第77頁§4-2橋梁加固微弱受彎構件正截面抗彎承載力計算第四章橋梁加固微弱受彎構件設計計算年1月77哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第78頁§4-2橋梁加固微弱受彎構件正截面抗彎承載力計算第四章橋梁加固微弱受彎構件設計計算（4-10）

從上式能夠看出，加固后梁最大承載力主要與原梁截面尺寸相關，承載力提升幅度受原梁受拉鋼筋配筋率控制。設計時切不可不加分析盲目加大后鋼筋（或其它加固材料）截面面積，無限制提升梁承載力。因為這么構件將發(fā)生脆性破壞，設計是不安全。年1月78哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第79頁§4-2橋梁加固微弱受彎構件正截面抗彎承載力計算二、加砼類加固簿弱受彎構件正截面抗彎承載力計算特點加厚橋面板類橋梁加固微弱構件承載力計算，從原理上講，亦應考慮分階段受力特點，按兩階段受力構件計算。不過，因為受橋面標高限制，后加橋面厚度不可能太大，普通情況下加固后截面中性軸不會進入新舊混凝土連接面，新舊混凝土共同負擔壓力，受壓區(qū)混凝土應變圖存在兩個峰值，考慮到混凝土塑性影響，在極限狀態(tài)下后加混凝土層應力亦可到達抗壓強度設計值。這么，加厚橋面板類加固微弱受彎構件正截面抗彎承載力即可按普通鋼筋混凝土構件計算。應該指出，采取加厚混凝土橋面板（即加大受壓區(qū)混凝土厚度）方法加固微弱構件，其最大允許加厚厚度主要受原梁配筋率控制。設計時且不可不加分析盲目加大受壓區(qū)混凝土層厚度來無限制提升構件承載力，因為這么構件可能發(fā)生少筋脆性破壞，設計是不安全。第四章橋梁加固微弱受彎構件設計計算年1月79哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第80頁§4-3橋梁加固微弱構件斜截面抗剪承載力計算橋梁加固微弱構件普通采取粘貼鋼板（或其它纖維復合材料）增加斜筋或箍筋截面面積方法進行斜截面補強加固。后加鋼板只承受活載引發(fā)剪力，設計時亦應考慮分階段受力。為了與現行橋梁設計規(guī)范相適應，加固微弱構件斜截面抗剪承載力計算表示式可寫成以下形式：第四章橋梁加固微弱受彎構件設計計算年1月80哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第81頁§4-3橋梁加固微弱構件斜截面抗剪承載力計算第四章橋梁加固微弱受彎構件設計計算年1月81哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第82頁§4-3橋梁加固微弱構件斜截面抗剪承載力計算第四章橋梁加固微弱受彎構件設計計算（4-13）年1月82哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第83頁§4-3橋梁加固微弱構件斜截面抗剪承載力計算第四章橋梁加固微弱受彎構件設計計算（4-14）年1月83哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第84頁§4-3橋梁加固微弱構件斜截面抗剪承載力計算第四章橋梁加固微弱受彎構件設計計算年1月84哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第85頁§4-3橋梁加固微弱構件斜截面抗剪承載力計算第四章橋梁加固微弱受彎構件設計計算（4-15）

年1月85哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第86頁§4-3橋梁加固微弱構件斜截面抗剪承載力計算第四章橋梁加固微弱受彎構件設計計算公式（4-15）實際上是要求了采取粘貼鋼板（或其它纖維復合材料）進行斜截面加固補強上限值。設計時，首先應按公式（4-15）進行截面尺寸復核，只有在滿足公式（4-15）要求前提下，采取粘貼鋼板（或纖維復合材料）進行斜截面加固才是有效。且不可不加分析用盲目增加粘貼鋼板（或其它纖維復合材料）截面面積方法，無限制地提升斜截面抗剪承載力，這么將發(fā)生脆性斜壓破壞，設計是不安全。年1月86哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第87頁§4-4體外預應力加固鋼筋混凝土受彎構件實用設計方法用體外預應力筋加固簡支梁實際上是一個帶柔性拉桿內部超靜定混合體系。這種體系最大特點是預應力筋與梁體混凝土之間無粘結。同一截面內預應力筋與混凝土之間不存在簡單變形協調關系。在外荷作用下，體外預應力筋伸長取決于兩個錨固點間梁體總變形。體外預應力筋應力，取決于梁體混凝土變形發(fā)揮。普通情況下，在極限狀態(tài)時體外預應力筋應力達不到材料強度設計值。體外預應力加固設計很多特殊問題都是從這一點引發(fā)。一、活荷載作用下體外預應力筋應力增量計算體外預應力加固體系結構分析關鍵問題是求解活載作用下體外預應力筋應力增量，普通采取力法求解。第四章橋梁加固微弱受彎構件設計計算年1月87哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第88頁§4-4體外預應力加固鋼筋混凝土受彎構件實用設計方法我們在近年開展<體外預應力混凝土橋設計理論與施工技術>課題研究中，提出了利用能量變分原理計算體外預應力筋應力增量方法。分析中將體外預應力體系看作是混凝土梁和體外預應力筋組成組合體系，充分考慮了混凝土梁與體外預應力之間相互作用，因而其計算結果更為準確，但計算過程較繁。為了滿足實際設計工作需要，我們在理論分析基礎上，對公式進行簡化處理。對圖4-2所表示折線形布索情況，給出了用能量變分法求解活荷載作用下體外預應力筋應力增量實用簡化計算公式。第四章橋梁加固微弱受彎構件設計計算（4-16）

年1月88哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第89頁§4-4體外預應力加固鋼筋混凝土受彎構件實用設計方法第四章橋梁加固微弱受彎構件設計計算年1月89哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第90頁§4-4體外預應力加固鋼筋混凝土受彎構件實用設計方法二、體外預應力加固鋼筋混凝土受彎構件應力驗算體外預應力加固橋梁構件普通均采取帶載加固，其正截面應力應按兩階段受力構件計算。1．預施應力階段應力驗算加固前作用恒載由原梁負擔，截面應力可按開裂鋼筋混凝土彈性體計算：上邊緣混凝土應力第四章橋梁加固微弱受彎構件設計計算（4-18）縱向受拉鋼筋拉應力（4-19）年1月90哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第91頁§4-4體外預應力加固鋼筋混凝土受彎構件實用設計方法第四章橋梁加固微弱受彎構件設計計算年1月91哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第92頁§4-4體外預應力加固鋼筋混凝土受彎構件實用設計方法第四章橋梁加固微弱受彎構件設計計算年1月92哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第93頁§4-4體外預應力加固鋼筋混凝土受彎構件實用設計方法第四章橋梁加固微弱受彎構件設計計算2．使用荷載作用階段應力驗算活荷載由加固后形成梁索組合體系負擔。首先應按組合體系求解活荷載作用下體外預應力筋應力增量（公式4-16），然后將預（4-23）年1月93哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第94頁§4-4體外預應力加固鋼筋混凝土受彎構件實用設計方法第四章橋梁加固微弱受彎構件設計計算年1月94哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院張樹仁教授橋梁病害專題知識專家講座第95頁§4-4體外預應力加固鋼筋混凝土受彎構件實用設計方法第四章橋梁加固微弱受彎構件設計計